KUNSTIGE FIBRE.
REGENEREREDE CELLULOSEFIBRE.

Med regenererede fibre forstås fibre som er fremstilt av naturlig polymere.
Til denne gruppen hører viscose(rayon), cupro og lyocell.
Alle sammen fremstilles ved å oppløse naturlig dannet cellulose, og gjendanne den i fiberform ved å presse spinnmassen ut gjennom spinndyser til heltrukne fibre.
Celluloseacetat kan også regnes til denne gruppen, men avviker noe ved at massen omdannes til celluloseacetat før spinning.

Viscose.
Som nevnt fremstilles denne fiber ved å løse opp cellulosen, presse oppløsningen ut gjennom små spinndyser, og direkte ut i et spinnbad som bevirker gjendannelse av cellulosen i form av fiber. Spinning etter dette prinsippet kalles våtspinning.

Fremstillingen skjer i følgende trinn:
Dannelse av alkaliecellulose: Råmaterialet, som oftest trecellulose, legges i en 18% oppløsning av NaOH ved romtemp. I noen timer. Væskeoverskuddet presses av, og den dannede alkaliecellulose rives opp.

· Modning: Alkaliecellulosen lagres noen døgn ved 25-30 oC, herved skjer det en depolymerisasjon: Fra ca 800 DP til ca 300 DP, og det gir spinnløsningen den rette viskositet.

Sulfitering: Materialet behandles med svovelkullstoff, hvorved alkaliecellulosen oppløses under dannelse av en tyktflytende masse.

· Oppløsning: Det dannede cellulosexanthogenat blandes med NaOH til en oppløsning med ca 8% cellulose. Oppløsningen filtreres.

· Modning: Oppløsningen står 40-80 timer ved romtemp. Det skjer nå en rekke endringer, bl.a. en begynnende regenerering av cellulosen. Må ikke gå for langt, for da kan det skje utfellinger. Den modne viscoseoppløsningen avluftes ved vakum.

· Spinning: Oppløsningen pumpes via et filter og presses deretter ut gjennom  spinndysene. Dysene er nedpresset i et spinnbad som vanligvis inneholder svovelsyre og natriumsulfat.

· Strekning: De dannede heltrukne fibre strekkes ved å gå over strekkruller som er plassert umiddelbar etter at fibrene kommer ut av badet.

· Etterbehandling: Vask, avsvovling, dvs. fjerning av fritt svovel, bleking, mykning og tørking.
Viscose fremstilles både som filamentgarn og som stapelfibre.

Viscosefibrenes struktur.
Som nevn ovenfor skjer det en koagulering og regenerering i spinnbadet. I den koagulerende tilstand har cellulosexangthogenatet karakter av en deformbar gele, som ved strekning får en tydelig orientering av molekylstrukturen.
Etter regenereringen er strukturen imidlertid ikke lenger plastisk. Ettersom denne prosessen skjer relativt raskt, vil det ytterst i fibren dannes et område med mange relativt små krystallitter med høy orienteringsgrad. Dette ytterlag kalles "skin".
Samtidig med at overflaten er koagulert og under strekning, er fortsatt fibrens indere stadig flytende og fortsatt relativt uorientert. Etterhvert skjer det også her en koagulering og regenerering under dannelse av kjernen.
Regenereringen skjer ved at fibren krymper, og derved bli overflaten urund og kantet.

Høystyrke fiber.
Tilsetning av spesielle organiske modifiseringsmidler, som f. eks. zinksalt til
spinnbadet medføre en forsinkelse av regenereringen og større muligheter for
strekning av de koagulerte fibre. Derved kan det i hele fibrens tverrsnitt dannes en høy orienteringsstruktur, som i "skin" området.
Disse fibre fremstilles med en meget høy styrke og forholdsvis lav bruddforlengelse. Slike "High Tenacity" fibre anvendes ofte til tekniske formål, bl.a. innlegg i dekk.

Modalfibre.
Modalfibre er en fellesbetegnelse for viscosefibre med høyere våtmodul enn konvensjonelle viscosefibre. De benevnes ofte også "High Wet Modulus"-fibre, forkortes ofte til HWM-fibre. De første kommersielt tilgjengelige fibre innenfor denne gruppe var de såkalte Polynose-fibre fra Japan. Ved spinning av høyt substituert viskose i spinnbadet med meget lavt innhold av salt og syre, viste det seg å gi fibre med meget høy styrke og motstandsdyktighet mot alkalie.
Imidlertid skulle det snart vise seg at utviklingen gikk i en annen retning, hvor man ga avkall på den høye alklieresistensen, og heller ville bevare  andre karakteristika som våtmodul, styrke og bruddforlengelse i både våt og tørr tilstand.

Modifisert fargeopptagelse.
Prinsipielt kan endrede fargningsegenskaper oppnås ved å inkorporere substanser i viscosen, eller ved kjemisk å binde fargestoffaffine molekylgrupper til cellulosen.
Såkalt "deep dyeing" fibre som farges hurtigere og dypere enn normale fibre kan oppnås ved å inkorporere polyvinylalkohol eller polyacrylsyre.

Modifiseret tverrsnitt.
Fibre med et tverrsnitt, tilnærmet trekantform kan fremstilles ved endringer av spinnebetingelsene. Ved tilførsel av gasdannende substanser kan det også fremstilles hule fibre med tykke vegger, slik at fibrene får en tykkelse tilsvarende 2-3 ganger vekten. Da oppnås stor dekkevne.

Vannsugende fibre.
Til bruk innen hygiene-og satitærsektoren, er det utviklet fibre med meget høy svelling-og fuktighetsopptaksevne.
Det oppnås ved inkorporering av hydrofile forbindelser i viscosen.

Brannhemmende fibre.
Permanent brannhemmende egenskaper kan oppnås ved inkorporering av
forfor-,nitrogen-,halogenholdige organiske forbindelser i fibrene.
Ettersom det må brukes forholdsvis store mengder modifiseringsmidler, blir disse fibre dyre.
Mattering.
Viscose stapelfibre er som oftest spinnmattert, ved at spinnmassen er tilsatt titandioksyd-pigment.

SYNTETISKE (KJEMISKE) FIBRE.


Plastkjemi
Mange lurer sikert på hvorfor så mange fibre og plastnavn har forstavelsen "poly".
Poly betyr mange, og er faktisk et nøkkelord innen plastkjemien. Kjempemolekylet eller polymeren dannes nemlig ved sammensmeltning av mange, gjerne flere hundre enkle molekyler, som kalles monomer (mono=en).

Oppbyggingsprosessen kalles polymerisasjon. og for at den skal kunne foregå, kreves det at hver "byggestein" har evnen til å hekte seg til minst to andre molekyler. Dvs. den må ha minst to såkalte funksjonelle grupper. Det er lett å se, at hvis det ikke var mer en slik på hver monomer, ville vi bare oppnå en fordobling av molekylstørelsen.
Med to funksjonelle grupper kan det dannes lange kjeder. Dersom det er flere enn to, vil det også kunne dannes tverrbindinger mellom kjeden, og danne en stiv nettverkstruktur.

Polyamid.
Betegnelsen "polyamid" refererer seg til oppbyggingen av kjedemolekylene, fordi den kjemiske binding som knytter enhetene sammen er en amidbinding. Den er oppstått ved en kondensasjonsreaksjon(dvs. en reaksjon som forløper under vannavspalting)

Polyamid er den eldste av alle de syntetiske fibrene. Den ble oppdaget av amerikaneren Carothers i begynnelsen av 1930-årene.
Produksjonen av nylon tok til allerede i 1939, og den første anvendelsen var til damestrømper. Det ble øyeblikkelig en stor suksess.

Siden den gang er produksjonen av nylon tatt opp i mange land, og hver produsent har tatt sitt eget varemerke.
Råstoffet for polyamid er benzen som fås fra steinkulltjære eller jordolje. Benzen omdannes først ved kjemiske prosesser til "nylonpulver", som ligner på sagogryn.
Nylonpulveret oppvarmes til deretter til det smelter og den flytende massen presse ut gjennom små dyser til heldragne fibre, samtidig som de strekkes 2-6 ganger sin egen lengde for orientering av molekylene. Det gir fibrene de egenskaper de skal ha, bl.a. styrke.

Polyamid 66.
Navnet refererer til at kjedemolekylet er oppbygd av to forskjellige enheter, hver med 6 kullstoffatomer i molekylet:

· Adipinsyre   HOOC.(CH2)4-COOH
· Hexametylendiamin H2N-(CH2)6-NH2
 

Polyamid 6
Råmaterialet for fremstilling av polyamid 6 er caprolactam.

NYLONFIBRENES UTSEENDE OG EGENSKAPER.

Fibrene har jevn tykkelse og glansfulle. De kan gjøres matte ved å tilsette matteringsmiddel til spinnmassen.
Formen på dysehullene avgjør fibrene tversnittsform.

Grep.
Nylonfibrene virker stivere og hardere enn ull, men kan forbedres ved tilsetning av mykningsmidler.
Stoffer som er fremstilt av spunnet garn er mykere enn stoffer av laget av filamentgarn.
Teksturert garn gir det mykeste grepet.

Elastisitet.
Den er bedre enn for mange andre fibre, og gir derfor polyamidfibrene god krøllmotstand.

Varmemotstand.
Vanlige polyamidfibre tåler godt varme opp til 140oC, men allerede ved 160 oC begynner fibrene å mykne. Polyamidfibrenes evne til å mykne og bli plastiske utnyttes til å gi de ferdige stoffer og plagg den form som ønskes. Ved fremstilling av teksturert garn utnyttes også fibrenes termoplastiske egenskaper for å oppnå form.

Varmeisolerende evne.
Nylonstoff av glatte filamentgarner har lav varmeisolerende egenskaper. Stoff av spunnet og av teksturertegarner er noe bedre.

Slitestyrke.
Fibrene er sterkere enn de fleste andre tekstilfibre.

Elektrostatiske egenskaper.
Den dårlige evnen til å oppta fuktighet, gjør at disse fibre lett blir oppladet med statisk elektrisitet. Derfor tar de også til seg lettere støv og annet smuss.

Lysmotstand.
God, men dårligere enn både polyester og polyacryl.

Motstandsevne mot kjemikalier.
Motstandsdyktig mot de fleste kjemikalier, men angripes av sterk lut.

POLYESTERFIBRE.

Polyesterfibre er ved siden av polyamidfibre den viktigste syntetfiber på markedet, og ble oppdaget i 1941 av engelskmennene Whinfield og Dickson.

Polyester er et produkt som er fremstil av DMT(dimetylterephtalat) og glykol.

Kjemisk motstandsdyktighet.
Vann, påvirker ikke polyesterfiber ved temp. under ca 100oC. Over denne temp. gjør hydrolyse av esterbindingene seg i stigende grad gjeldende. Meget lange behandlinger i vann ved koketemp. medfører tydelig nedbrytning. Eksempelvis 60% styrkketap ved 3 ukers behandling. Kortvarige behandlinger (5-10 timer) i en temp. 135 oC gir ikke tydelige beskadigelse.

Alkalie, som normalt angriper esterbindinger, påvirker polyesterfibrene på to forskjellige måter. Kalde, konsentrerte lutoppløsninger angriper fiberoverflaten, som langsomt vil oppløses. Det skjer en "avskrelling" av fibrene, som blir tynnere uten annenpåvirkning. Behandlingen brukes for å påvirke grepet.

Ved temp. vesentlig over glasstemp. begynner mer dyptgående nedbrytning. Kokende konsentrert alkalieoppløsning oppløser fibrene fullstendig, mens en 1%-ig oppløsning av NaOH ved samme temp. gir etter 10-timers behandling et styrketap på 10-20 %.

Syre påvirker ikke polyesterfibre ved temp. under 70-80oC. Eksempelvis er det ikke  styrketap etter 48 timers behandling i en 30%-ig saltsyre ved 40oC.

Oksydasjonsmidler påvirker praktisk talt ikke polyesterfibre.

Fibre  med nedsatt pillingtendens.
Pillingdannelse, dvs. dannelse av sammenfiltrede "kuler" av avslitne fibre, som henger fast ved stoffoverflaten, er en av de ubehagelige egenskaper ved fiberen. Pillingdannelse kan bekjempes ved tekstilteknologiske foranstaltninger av forskjellig art(sviing, skjæring) , men man kan også angripe problemet allerede på fiberfremstillingsstadiet. Bevist nedsettelse av fiberstyrken, har vist seg å gi mindre pilling.

Sammendrag av egenskapene til polyesterfibrene.
* Høy glans. Kan matteres ved behov.

* Grepet er noe stivt, Kan avhjelpes noe med  mykningsmidler.

* Fiberlengden er ubegrenset. Kappes (stapel)  og spinnes.

* Fiberfinheten kan varieres.

* Meget god elastisitet, som gir stoffer med meget god krøllmotstand.

* Polyesterfibrene er glatte, og har derfor dårlig varmeisolerende evne.  Teksturerte fibre bedre.

* Middels til god tøyelighet.

* Meget god slitestyrke.

* Kan fikseres.
* Tåler temp. opp til 140oC.

* Har liten evne til å at opp fuktighet.

* Problemer med Opplading (statisk elektrisitet)

* God lysmotstand.

* Angripes ikke av møll, råte og mugg.

* Tåler kjem. godt.

Polyacrylfibre.

Den første polyacrylfiber kom på markedet i 1948, og ble kalt Orlon.

De viktigste egenskaper til Polyacrylfiberen.
* Har høy glans, kan matteres.

* Grepet er mykt og behagelig, som for ull.

* Fiberlengde er ubegrenset.

* Fiberfinheten kan varieres.

* God elastisitet, som gir god krøllmotstand.

* Acryl har liten varmeisolerende evne, men pga. at fibren ofte anvendes i  trikotasjeplagg, betraktes acrylfibren som varmere enn de andre syntetiske  fibrene.

* Middels tøyelighet.

* Middels strekkstyrke.

* Middels slitestyrke.

* Kan fikseres, men dårligere enn for polyamid og polyester.

* Tåler temp. opp til 110oC.

* Dårlig evne til å ta opp fuktighet.

* Lades opp statisk.

* Meget god lysmotstand.

* Angripes ikke av møll, råte og mugg.

* Tåler kjem. godt

SYNTETISKE ELASTOMERE FIBRE.

Elastomere fibre er karakterisert ved gummielastisitet, dvs. bruddforlengelse på mer enn 200%, og med en øyeblikkelig, nesten fullstendig sammentrekning etter forlengelsen.
De kan fremstilles av naturgummi, men nå også som syntetisk i form av en modifisert polyyuretanfiber. Denne fibertype, som i Europa benevnes Elastan, består av minst 85% polyuretan.

Polyuretan av lavmolekylære dioler og diisocyanider har ikke elastiske egenskaper, men alminnelige fiberegenskaper. De har vært produsert som grove fibre til børster.

Elastomeregenskapene oppnås ved å benytte spesielt fremstilte langkjedede dihydroxyforbindelser, som bringes til å reagere med et overskudd av diiosocyanider, slik at det dannes prepolymerisat bestående av lange molekyler. Disse såkalte makro-diisocyanider sammenknyttes med hverandre ved en såkalt "kjedeforlengere", oftest diaminer. Ved sammenknytningen dannes segmenter, som har stor tilbøyelighet til å danne tverrbindinger til tilsvarende segmenter i andre kjedemolekyler. Herved dannes en struktur, hvor både "hårde" blokker av tverrbundne kjedemolekyler, veksler med "bløte" områder med lange kjedemolekyler, som pga. manglende tverrbindingsmuligheter, inntar en sammenkrøllet struktur så lenge fibren er ubelastet.
Ved belastning strekkes de sammenkrøllede molekylkjeder seg ut, men  går tilbake når belastningen forsvinner.
Se fig.

Fargeegenskaper.

Elastanfibrene lar seg farge med dispersjons- og syrefargestoffer, samt utvalgte metallkompleksfargestoffer.

HT-farging og carrier påvirker de elastiske egenskaper, og temp. over 110 oC bør unngås.

Ekthetene er vanligvis dårligere enn på polyamidfibre, farget med de samme fargestoffer.

Kjemiske egenskaper.

Motstandsdyktigheten mot kjemikalier er noe avhengig av om det er anvendt polyether eller polyester som makrodiol.
Polyester-elastan påvirkes kraftigere av syrer enn polyeter-elastan, mens begge typer har god bestandighet mot alkalie.
Lysbestandigheten er bedre enn hos gummi.
Elastanfibrene påvirkes ikke av kobber og manganforbindelser (gummigift), som vanligvis bevirker hurtig nedbrytning av gummi.

POLYOLEFIN FIBRE.

Betegnelsen dekker fibre fremstilt av polymere, som er dannet ved polymerisasjon av olefiner, som idag oftest går under betegnelsen alkener (paraffinene).
De eneste polyolefiner av betydning for fiberfremstilling er polyetylen.

Polypropylen.

Prinsippielt kan ved polymerisasjon polyproylen fremstilles av tre forskjellige polymere:

· Ataktiske polymere, dvs. CH3-gruppenes plassering er helt tilfeldig i forhold til carbon-kjeden.

· Syndiotaktisk polymere, dvs. CH3-gruppene skifter plassering helt regelmessig i forhold til carbon-kjeden.

· Isottaktiske polymere, dvs. CH3-gruppene er systematisk plassert på samme side av carbon-kjede.

I praksis er det bare de Isotaktiske polymere som benyttes i den praktiske fremstilling.

Fiberfremstilling.

Polypropylen-granulat tilsettes inhibitorer (begrensning av oksydativ nedbrytning), ultraviolette-absorbere(til forbedring av lysbestandigheten) samt evt. matteringsmidler. Materialet smeltes i en ektruder, pga den relativt høye molekylvekt er viskositeten høy ved ved temp. like over smeltepunktet. derfor ekstruderes det 70-120oC over smeltepunktet (230-280oC).

Kjemiske egenskaper.

Såvel polyethylen som polypropylen er carbohydrider (addisjon av vannstoff) og som sådanne lite reaksjonsdyktige og utpreget hydrofobe. Fuktigopptagelsen er praktisk talt null.
Bestandigheten mot syrer, alkalier og salter er fortreffelige, men fibrene er oksydasjonsømfintelige. Ved oppvarming under tilstedeværelse av luft opptas oksygen, hvilket medfører dannelse av peroksydgrupper, med etterfølgende depolymerisasjon.

 ANDRE POLYMERISAT FIBRE.

En rekke forbindelser kan danne addisjonspolymerisater, på samme måte som acrylnitril.

Polyvinylclorid.

Polyvinylchlorid (PVC) har sin hovedanvendelse som plast, men forekommer også i fiberform.

De første PVC-fibrene ble fremstilt allerede i 1934.

PVC-fibrene har fremragende kjemikaliebestandighet, og brenner ikke. De er vanskelig å farge, men kan spinnfarges.
Deres største ulempe, er dårlig temp. motstand. Dvs. at fibren begynner allerede ved 70-75oc å bli bløt, og det medfører at fibren begynner å krypr. Smelting skjer først ved 160-200oC.

Fluor fibre.

Stoffet tetrafluorethylen lar seg i likhet med ethylen polymerisere under dannelse av polytetrafluorethylen (PTFE).

Denne polymer har ekstremt gode kjemikaliebestandigheter, er uoppløselig og lar seg ikke smelte.

Allikevel er det mulig å fremstille den i fiberform.

Utover den ekstreme kjemikaliebestandighet er fluorfibre også bestandig mot lys og vær, samt mot varme.
Fibrene kkan anvendes problemfritt opp til 260oC.
Fibrene anvendes til en lang rekke tekniske formål.

Spesialfibre til tekniske formål.

I de senere år er det utviklet en rekke fibre med spesielle egenskaper. De kan stort sett deles i to grupper, nemlig
· varmebestandige fibre
· høystyrke fibre.

Noen av fibrene er plassert i begge kategorier.

Varmestabile fibre.

Det må skilles mellom to grupper, nemlig på den ene siden fibre av organisk polymere, og på den andre siden de uorganiske fibre som glass, kvarts, kullfibre m.fl.

Karakteristisk for de organiske varmebestandige fibre er følgende:
Fibrene motstår varig varmepåvirkning ved minst 180oC, og tåler kortvarig oppheting til høyere temp., men over 450oC nedbrytes de fleste relativt hurtig.

Alle er lett antennelig, og deres LOI index er minst 30.
LOI= Limiting Oxygen Index, er den minste konsentrasjon av oxygen i en oxygen/nitrogen atmosfere, som er nødvendig for å vedlikeholde brannen i materialet.
Fibre med større enn ca 25 er ubrendelig

Fiber Handelsnavn Bestandig-heti luft inntil LOI Kjemisk bestandighet Lysbestandighet
Polytetra-fluoretylen (PTFE) Teflon m.fl. 180 oC 40 +*) +*)
m-Aramid Nomex m.fl. 180/220 oC 26-30 + (+)
p-Aramid Kevlar m.fl. 180/220oC 31 + (+)
Polyetylen-sulfid(PPS)  190/200oC 34-35 + -
Novolak Kynol 200oC 38 syre  +alk.    - -
Polyamid-imid Kermel 250oC 21-32 Syre +alk.   - -
Polybenz-imidazol (PBI)  250oC 41-46 + -
Poly-p-Phenyl=benzobisoxazal(PBO)  670oC

*) God bestandighet +, moderat b. (+), ikke bestandig -

Høymodul Fibre

Det er i tidens løp stilt stadig større krav til de garner (cord-garner) som brukes som forsterkning i bildekk, kileremmer og lignende kompositmaterialer.

Kravene har spesielt gått på høyt modul, dvs. at høy strekkspenning kun skal medføre minimal forlengelse. Opprinnelig brukte man bomull, senere "High Tenacity" viscocerayon, og deretter HT. polyamid og HT. polyester.

Men når de nye fibrene kom er dette bilde imidlertid tydlig endret.

Fiber Handelsnavn BruddbelastningcN/dtex ModulcN/dtex
m-Aramid Nomex 4,4-5,3 75-145
p-Aramid KevlarKevlar 49Twaron 18-2114-2023,5 300-400900-1000870
LCP aromatiskpolyester *) VectraEkolon 8-2027-28 350-1000'1000-1200
HM-HDPE **) Spectra 27 500-1200
HM-PVA ***) Kuralon 15-23 310-385
HT-PETP ****) Diolen m.fl. 6-9,5 70-120

*)  LCP=  Liquid Crystal Polymers
**) HDPE  High Density Poly Ethylene
***) PVA  Polyvinylalkohol (Vinylal)
****) High Tenacity polymer - til sammenligning


  Til hovedsiden